Investigation of pain receptor mechanism and development of pain control system by optogenetic approach

• Project/Area Number: 24592289
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: OHNISHI Hideo 産業医科大学, 医学部, 非常勤医師 (20279342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): UETA Yoichi 産業医科大学, 医学部, 教授 (10232745)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): NAKAMURA Toshitaka 国立国際医療研究センター病院, 院長 (50082235) ; MORI Toshiharu 産業医科大学, 医学部, 講師 (80525444)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2012: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 疼痛 / c-fos遺伝子 / トランスジェニック動物 / 光遺伝学 / 蛍光タンパク

Outline of Final Research Achievements

We have generated a novel transgenic rat system that enables the visualization of c-fos expression, using an enhanced green fluorescent protein (eGFP) tag (c-fos-eGFP transgenic rat). Furthermore, we have generated rats bearing an c-fos-channelrhodopsin 2 (ChR2) -eGFP fusion transgene (c-fos-ChR2-eGFP transgenic rat). The purposes of the study were to visualize the mechanism of acceptance against nociceptive stress and to try operating the neural activities of Fos-ChR2 expressing neurons by light irradiation, using these transgenic rats. We succeeded in visualizing the c-fos-eGFP expression in the hypothalamus, spinal cord, anterior pituitary, and adrenal cortex after nociceptive stress in in vitro or ex vivo in c-fos-eGFP transgenic rats. In addition, ChR2-eGFP expression on the cell menbrance in the hypothalamus and the spinal cord was observed after nociceptive stress in c-fos-ChR2-eGFP transgenic rats.

Research Products

• [Journal Article] A c-fos-monomeric red fluorescent protein l fusion transgene is differentially expressed in rat forebrain and brainstem after chronic dehydration and rehydration (2013)
  • Author(s): Yoshimura, M. Ohkubo, J. Katoh, A. Ohno, M. Ishikura, T. Kakuma, T. Yoshimatsu, H. Murphy, D. Ueta, Y
  • Journal Title: Journal of Neuroendocrinology Volume: 25(5) Issue: 5 Pages: 478-487
  • DOI: 10.1111/jne.12022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression of the c-fos-monomeric red fluorescent protein l fusion gene in the spinal cord and the hypothalamic paraventricular nucleus in transgenic rats after formalin injection (2012)
  • Author(s): Ishikura, T. Suzuki, H. Yoshimura, M. Ohkubo, J. Katoh, A. Ohbuchi, T. Ohno, M.Fujihara, H. Kawasaki, M. Ohnishi,H. Nakamura, T. & Ueta, Y
  • Journal Title: Brain Research Volume: 1479 Pages: 52-61
  • DOI: 10.1016/j.brainres.2012.08.033
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of the response in the central nervous system after nociceptive stimulation using transgenic animals. (2012)
  • Author(s): Ishikura, T. Suzuki, H. Matsuura, T. Ohnishi, H. Nakamura, T. Ueta, Y.
  • Journal Title: JOURNAL OF UOEH Volume: 34(4) Pages: 315-321
  • NAID: 110009562105
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 急性疼痛モデルラットにおける下垂体後葉系および視床下部－脊髄系のオキシトシンの動態とその役割の検討 (2015)
  • Author(s): 松浦 孝紀、元嶋 尉士、齋藤 玲子、吉村 充弘、大久保 淳一、丸山 崇、橋本 弘史、石倉 透、鈴木 仁士、川崎 展、大西 英生、尾仲 達史、酒井 昭典、上田 陽一
  • Organizer: 第10回環境生理学プレコングレス
  • Place of Presentation: ホテル北野プラザ六甲荘（神戸市）
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] The expression of the oxytocin-monomeric red fluorescent protein 1 fusion gene in the hypothalamus and spinal cord after acute nociceptive stimulation in transgenic rats (2014)
  • Author(s): Matsuura, T. Kawasaki, M. Motojima, Y. Suzuki, H. Yoshimura, M. Ohkubo, J. Maruyama, T. Hashimoto, H. Ohnishi, H. Sakai, A. Ueta, Y.
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 慢性関節炎モデルラットにおけるオキシトシンの発現動態ならびにその役割について (2014)
  • Author(s): 松浦孝紀、吉村充弘、大久保淳一、元嶋尉士、丸山 崇、橋本弘史、石倉 透、 鈴木仁士、川崎 展、大西英生、酒井昭典、上田陽一
  • Organizer: 第41回日本神経内分泌学会学術集会
  • Place of Presentation: 都道府県会館（東京都千代田区）
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-02
• [Presentation] 消化管ホルモン末梢投与後の視床下部オキシトシンニューロンの活性化～オキシトシン－mRFP1トランスジェニックラットを用いた検討～ (2014)
  • Author(s): 元嶋 尉士、松浦 孝紀、齋藤 玲子、大久保 淳一、吉村 充弘、橋本 弘史、鈴木 仁士、川崎 展、大西 英生、酒井 昭典、上田 陽一
  • Organizer: 第65回西日本生理学会
  • Place of Presentation: 琉球大学研究者交流施設50周年記念館（沖縄県中頭郡）
  • Year and Date: 2014-10-23 – 2014-10-24
• [Presentation] Fluorescent visualization of the hypothalamic oxytocin neurons activated by nociceptive stress and gastrointestinal hormones in rats expressing oxytocin-monomeric red fluorescent protein 1 fusion transgene (2014)
  • Author(s): Motojima, Y. Matsuura, T. Yoshimura, M. Ohkubo, J. Hashimoto, H. Kawasaki, M. Onishi, H. Sakai, A. & Ueta, Y.
  • Organizer: 8th International Congress of Neuroendocrinology 2014
  • Place of Presentation: Sydney, Australia
  • Year and Date: 2014-08-17 – 2014-08-20
• [Presentation] ラットアジュバント関節炎におけるオキシトシンの発現動態ならびにその役割について (2014)
  • Author(s): 松浦孝紀、吉村充弘、丸山崇、橋本弘史、川崎展、大西英生、酒井昭典、上田陽一
  • Organizer: 第24回日本病態生理学会大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場（北九州市）
  • Year and Date: 2014-08-08 – 2014-08-10
• [Presentation] 慢性関節炎モデルラットにおけるオキシトシンの発現動態ならびにその役割について (2014)
  • Author(s): 松浦 孝紀、吉村 充弘、大久保 淳一、元嶋 尉士、丸山 崇、橋本 弘史、石倉 透、鈴木 仁士、川崎 展、大西 英生、酒井 昭典、上田 陽一
  • Organizer: 第32回内分泌代謝学サマーセミナー
  • Place of Presentation: 富士レークホテル（山梨県南都留郡）
  • Year and Date: 2014-07-10 – 2014-07-12
• [Presentation] 関節炎における視床下部・脊髄でのオキシトシンの役割についての検討 (2014)
  • Author(s): 松浦 孝紀、吉村 充弘、大久保 淳一、丸山 崇、橋本 弘史、石倉 透、川崎 展、大西 英生、上田 陽一
  • Organizer: 第87回日本内分泌学会学術総会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡市）
  • Year and Date: 2014-04-24 – 2014-04-26
• [Presentation] ラットアジュバント関節炎での視床下部および脊髄後角におけるオキシトシン発現動 態の可視化 (2014)
  • Author(s): 松浦 孝紀、吉村 充弘、大久保 淳一、丸山 崇、橋本 弘史、石倉 透、川崎 展、大西 英生、上田 陽一
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島（鹿児島大学郡元キャンパス）
• [Presentation] Nocifensive behavior and neuroendocrine response after nociceptive stimulation in TRPV1 and TRPV4 knockout mice. (2013)
  • Author(s): Ueta, Y. Ishikura, T. Matsuura, T. Yoshimura, M. Ohkubo, J. Maruyama, T. & Ohnishi, H.
  • Organizer: International Behavioral Neuroscience Society
  • Place of Presentation: Dublin, Ireland
• [Presentation] The expression of the oxytocin-monomeric red fluorescent protein 1 fusion gene in the hypothalamus and spinal cord of adjuvant-induced arthritic rats. (2013)
  • Author(s): Matsuura, T. Ishikura, T. Yoshimura, M. Ohkubo, J. Maruyama, T. Kawasaki, M. Ohnishi, H. Hashimoto, H. & Ueta, Y.
  • Organizer: Neuroscience2013
  • Place of Presentation: San Diego, USA
• [Presentation] アジュバント関節炎における視床下部と脊髄後角でのオキシトシン発現動態の可視化 (2013)
  • Author(s): 松浦 孝紀、川崎 展、大西 英生、上田 陽一
  • Organizer: 第17回日本心血管内分泌代謝学会学術総会
  • Place of Presentation: 大阪（千里ライフサイエンスセンター）
• [Presentation] Efects of nociceptive stimulation on fos expression and behavior in mice. (2012)
  • Author(s): Ueta, Y. Ishikura, T. Matsuura, T. Yoshimura, M. Ohkubo, J. Ohnishi, H.
  • Organizer: 21st International behavioral neuroscience society annual meeting, Hawaii, USA.
  • Place of Presentation: Sheraton Keauhou Bay Kailua-Kona, Hawaii, USA.
• [Presentation] Expression of the c-fos-monomeric red fluorescent protein 1 fusion gene in the spinal cord and the hypothalamic paraventricular nucleus in transgenic rats after formalin injection (2012)
  • Author(s): Toru Ishikura, Hitoshi Suzuki, Takanori Matsuura, Mitsuhiro Yoshimura, Jun-ichi Ohkubo, Motoko Ohno, Hideo Ohnishi, Toshitaka Nakamura, Hiroshi Kannan, Yoichi Ueta
  • Organizer: Neuroscience 2012
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center(New Orleans,USA)
• [Presentation] 急性疼痛ストレスに対するTRPV1およびV4の役割－ノックアウトマウスを用いた検討－ (2012)
  • Author(s): 石倉 透、鈴木 仁士、松浦 孝紀、大久保 淳一、吉村 充弘、大野 素子、丸山 崇、大西 英生、上田 陽一
  • Organizer: 第22回日本病態生理学会
  • Place of Presentation: 湯布院厚生年金病院 学習棟（大分）
• [Presentation] Florescent visualization of oxytocin neurons activated by systemic administration of CCK-8 in transgenic rats expressing a c-fos-eGFP and an oxytocin –mRFP1 fusion gene. (2012)
  • Author(s): Ueta, Y. Katoh,A.
  • Organizer: Neuroscience 2012
  • Place of Presentation: Ernest N. Morial Convention Center(New Orleans,USA)
• [Presentation] 急性疼痛ストレスに対するTRPV1およびTRPV4の役割～ノックアウトマウスを用いた検討～
  • Author(s): 石倉 透、鈴木 仁士、松浦 孝紀、大久保 淳一、吉村 充弘、大野 素子、丸山 崇、上田 陽一、大西 英生、中村 利孝
  • Organizer: 第30回産業医科大学学会
  • Place of Presentation: 産業医科大学2号館、福岡